《模擬電子電路及技術(shù)基礎(chǔ)》課件有源濾波器1

一.濾波器概念

濾波器是一種實現(xiàn)頻率選擇的信號處理電路。

它能夠選出所需頻率范圍內(nèi)的信號，使其順利通過；而抑制或衰減超出此頻率范圍的信號，使其不易通過。濾波器在通信、電子工程、儀器儀表等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。例如，有一個較低頻率的信號，其中包含一些較高頻率成分的干擾,通過濾波器可濾去高頻干擾。有源RC濾波器原理,電路及應(yīng)用(1)按處理方法分硬件濾波軟件濾波按所處理信號分模擬濾波器數(shù)字濾波器按構(gòu)成器件分無源濾波器有源濾波器按濾波功能分低通濾波器高通濾波器帶阻濾波器全通濾波器帶通濾波器二.濾波器分類本課程主要介紹由運算放大器和RC構(gòu)成的有源濾波器---屬于用硬件實現(xiàn)的模擬濾波器有源RC濾波器原理,電路及應(yīng)用(1)低通濾波器(LPF)、高通濾波器(HPF)、帶通濾波器(BPF)、帶阻濾波器(BRF)和全通

(移相)濾波器(APF)。根據(jù)功能,即選擇頻率的范圍不同,分但這種理想濾波特性是物理不可實現(xiàn)的,所以要尋求如何”逼近”理想特性的函數(shù).有源RC濾波器原理,電路及應(yīng)用(1)契比雪夫(Chebyshev)濾波器：通帶有等波紋起伏,過渡帶陡.◆理論上理想濾波特性的逼近問題。

巴特沃茲(Butterworth)濾波器：通帶具有最平坦的幅頻特性。橢圓(Cauer)濾波器：通帶和阻帶均有等波紋起伏,過渡帶更陡.貝塞爾(Besser)濾波器：過渡帶平緩，通帶具有線性相頻特性。有源RC濾波器原理,電路及應(yīng)用(1)有源RC濾波器原理,電路及應(yīng)用(1)不同階數(shù)(n)濾波器特性:◆濾波器的數(shù)學(xué)模型H(s)分母多項式的根稱為”極點”,分子多項式的根稱為”零點”,極點數(shù)與分母次數(shù)n相同,n也稱濾波器的階數(shù).有源RC濾波器原理,電路及應(yīng)用(1)2.二階高通濾波器

3.二階帶通濾波器有源RC濾波器原理,電路及應(yīng)用(1)有源RC濾波器原理,電路及應(yīng)用(1)4.二階帶阻濾波器5、二階全通濾波器有源RC濾波器原理,電路及應(yīng)用(1)二.濾波器的實現(xiàn)▲無源濾波器:由無源元件R,L,C組------(電路課學(xué)過)濾波器“階數(shù)”取決于獨立儲能元件之?dāng)?shù)目一般高頻用RLC無源濾波器,低頻用RC濾波器,但RC無源濾波器Q值低,無放大能力,帶負(fù)載能力差.故改用有源濾波器----運算放大器+RC反饋網(wǎng)絡(luò),使之Q值增大,有放大功能,帶負(fù)載能力增強.運放輸出阻抗低,級間具有優(yōu)良的隔離性能,所以各級之間無阻抗匹配的要求,級聯(lián)方便,又由于不使用電感，體積和重量大幅度減小.可靠性及精度提高.(一)

一階有源低通濾波器

通帶增益上限頻率{1）圖（a）▲有源濾波器----運算放大器+RC反饋網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)2）圖（b）▲有源濾波器----運算放大器+RC反饋網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)[設(shè)計舉例]要求:A0=10,fH=1kHZ[解]1,選C=1nF,則▲有源濾波器----運算放大器+RC反饋網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)(二)二階有源濾波器1.二階壓控電壓源型（Sallen-key）濾波器的電路實現(xiàn)Shallen-key濾波器也稱“有限增益正反饋濾波器”.所謂“二階”一定包含兩個獨立的儲能元件---電容.增加階數(shù)和引入正反饋是為了提高Q值,縮小過渡帶.▲有源濾波器----運算放大器+RC反饋網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)+KY4Y3Y2Y1UiUoY1、Y3電阻，Y2、Y4電容—LPFY1、Y3電容，Y2、Y4電阻—HPFY1、Y4電阻，Y2、Y3電容—BPFω=ω0處A(ω)/K=Q

對不同Q值的幅頻特性分別如圖所示：▲有源濾波器----運算放大器+RC反饋網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)其它二階Sallen-key濾波器分析方法類似----▲有源濾波器----運算放大器+RC反饋網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)Sallen-key二階低通濾波器虛擬實驗[設(shè)計舉例][解]1)選C1=C2=C=1000pF,要求:通帶增益A0=K=2(Q=1),f0=16kHZ☆Sallen-Key濾波器存在高頻饋通現(xiàn)象Sallen-Key濾波器存在高頻饋通現(xiàn)象,運放頻帶越窄,高頻饋通現(xiàn)象越嚴(yán)重!虛擬實驗(1)方波的高頻成份沒有濾干凈!▲有源濾波器----運算放大器+RC反饋網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)小結(jié)1.濾波器傳遞函數(shù)分母多項式的“根”稱為“極點”,極點數(shù)決定濾波器的“階數(shù)”.

通常電路中獨立儲能元件數(shù)與階數(shù)相一致.2.濾波器傳遞函數(shù)分子多項式的“根”稱為“零點”,高通有兩個零點,帶通有一個

零點,低通沒有零點,僅有常數(shù)項.3.Sallen--key濾波器是最常用的有源濾波器之一,Q值與濾波器特性關(guān)系重大,一般Q值最大可達(dá)6--8左右,Q值太大,頻率特性峰值太高,甚至引起電路工